国家公园需要天空地监测与新技术应用

耿国彪　符超

近年来，感知系统建设成为国家公园建设管理的一大亮点，也成为首批国家公园重点探索的技术领域。8月19日，在第二届国家公园论坛中举行了天空地监测与新技术应用主题论坛。作为本届国家公园论坛一大亮点，天空地监测和新技术应用主题论坛，围绕航天航空、互联网先进技术等在国家公园建设方面的成功案例、应用前景和下一步设想作了充分交流和沟通，为构建自主研发走在世界前列、应用水平全球领先的国家公园天空地一体化监测体系贡献了智慧。

论坛上，北京航空航天大学校长助理、科研院院长杨立军，中国科学院空天院航遥中心副主任陈正超，国家公园研究院院长唐小平，航天五院研究员王剑，中国林业科学研究院研究员张怀清，俄勒冈州立大学理学院副教授克尔斯滕·格罗德·科尔维特，杭州西溪国家湿地公园管理局局长俞晖，中国广电网络股份有限公司副总经理万涛，分别围绕“国家公园空地协同智慧感知及监测预警体系”“浮空器与AI技术服务于国家公园全域监测应用”“国家公园监测与生态感知系统”“卫星通信技术发展现状及国家公园领域典型应用”“国家公园数字孪生与元宇宙应用”“通过海洋保护地开展生物多样性保护、造福当地社区”“保护原生态探索新路径打造世界湿地数字化保护与利用的典范”“发挥广电网络优势，助力国家公园建设”作主旨演讲。

第一批国家公园正式设立以来，国家林草局组织开展监测技术基础研究，将先进适用的技术引入国家公园监测体系建设，出台了《国家公园监测工作管理办法》和《国家公园监测技术指南》，规范和指导国家公园监测工作，并指导各国家公园管理机构开展“天空地”一体化监测体系建设试点项目。为推进国家公园智慧化管理，国家林草局研发建设了国家公园感知系统，由自然资源资产管理、天空地一体化监测、物种保护研究中心、森林防火、矛盾调处、社区管理、重点工程项目、宣传教育等8大功能版块组成，对接国家公园监测体系，汇集海量监测数据。

三江源国家公园建设生态大数据中心、野外远程视频监控系统和重点湖泊生态综合监测系统。通过卫星遥感监测、气象监测和无人机监测、视频监控等综合技术手段，完成了覆盖重点区域生态系统管理16米分辨率和人类活动管理2米级分辨率基础地理信息基准建设及三维高精度场景建设。同时，利用数据库软件、数据交换共享软件、大数据分析系统等整合工具，集成“通导遥”、GIS、应用服务等并系统化实现对三江源大数据综合管理、信息共享与服务等功能，为国家公园自然资源资产管理和生态环境保护提供信息支撑、监测预警和决策支持。在海拔4460米的可可西里索南达杰保护站建设野外远程红外摄像视频数据信息传输系统，在格拉丹东岗加曲巴（地名）冰川和开亚玛（地名）藏羚迁徙通道建设实时回传监测系统，采用光谱云台监控、高通量卫星无线通讯等，实现对重点生态区位和野生动物进行24小时不间断远程视频监控。布设红外相机开展雪豹监测本底调查和种群数量及分布状况研究，以及野牦牛、白唇鹿和黑颈鹤等珍稀濒危野生动物种群数量及分布状况调查等工作，为实时动态掌握野生动物种群现状、变化和栖息地状况提供了重要数据。建设重点湖泊生态综合监测系统，对园区重点湖泊区域的土地覆被、水资源、漫溢灾害等进行定期/不定期监测，对湖泊区域生态与环境因子、陆生动植物、水生生态系统变化情况监测，形成高原湖泊监管典型示范应用，为高海拔区域生态综合监测工作积累了经验。

大熊猫国家公园逐步构建以日常巡护、样线巡护、重点区域大熊猫种群动态监测和红外相机监测为主体，以专项巡护为补充的巡护和监测工作体系。全面推进红外相机网格化监测，国家公园内红外相机监测位点近9000个，为解决红外相机监测数据收集、存储和分析困难等问题，构建了生物多样性数据平台、大熊猫栖息地空间数据动态监测系统等。此外还通过卫星遥感查找人类活动问题点位，探索利用無人机参与日常巡护等，初步实现对大熊猫等珍稀濒危野生动物、重要自然生态系统和重要资源等重点领域的动态监测、智慧监管和灾害预警。

东北虎豹国家公园“天空地”一体化监测体系，通过700M网络传输、人工智能、大数据等技术手段，基本实现了监测数据实时传输、自动识别野生动物等功能，为旗舰物种和栖息地保护、人为活动监管、预警防范人虎冲突等提供了数据支撑。在1.41万平方公里范围内网格化布设了2万余台红外相机，能够随时查看红外相机拍摄到的东北虎、东北豹等物种视频。基于收集汇总的大数据库结合图片影像的人工智能识别技术，可以对虎、豹、熊、猞猁等30多种动物进行AI识别分类，可以做到虎、豹的个体识别，能够进行数据统计、分析和评估管理，实现各个维度下对监测数据的系统分析。目前监测到，在东北虎豹国家公园及周边范围内，记录并识别出的东北虎个体数量至少60只，活动范围超过国家公园区域50%的面积；东北豹个体数量至少70只，活动范围超过国家公园区域70%的面积。

海南热带雨林国家公园生态定位监测网络已初步成型，建立了4个生态系统定位观测研究站，110余个监测站，近500个森林长期动态监测样地，700余台红外相机，持续监测热带雨林生态系统状况和重点保护野生动物。建设智慧管理中心、智慧雨林大数据中心平台和综合巡护系统，接入19路海南长臂猿活动区域的视频监控、96路海南坡鹿活动区域的视频监控以及320台红外相机。目前监测到海南长臂猿种群数量恢复至6群37只，热带雨林生境持续改善。

武夷山国家公园构建智慧管理平台、文物数字化展示平台和巡护管理平台，初步完成武夷山国家公园基础数据库建设，为后续打造武夷山国家公园智慧公园体系奠定基础。实施卫星监测，基于多波段、多模式、多分辨率的遥感卫星数据，实现对“两违”及茶园变化、松材线虫病、森林火情监测并及时处置。构建资源监测体系，开展灾害干扰因子工程试点，建设物联网设备远程管理平台、干扰因子监测与预警平台、综合应急指挥调度管理平台，初步实现对崩塌、滑坡、泥石流的监测预警。布设实时智能视频监控、动物监测样线和红外相机等，建立5个常绿阔叶林定位观测点和3个特殊群落观测点，布设有关生物多样性、土壤水分、植被动态、养分循环、碳汇功能等定位观测样地30余个，为科研监测提供基础数据。

唐小平的报告以需求分析、建设方案、感知系统等为主要内容，从前端感知、中端传输和后端平台3个环节，全面介绍了国家公园感知系统原理、建设路径、发展现状及未来前景等，让听众从顶层设计层面对国家公园感知系统建设有了更清晰的认知。

唐小平说，青海在三江源、祁连山等体制试点期间都进行了一些监测体系的建设，应该有一个良好的基础，但由于面积太大，监测未实现全覆盖。因此，针对这一现状，最重要的是把重点区域建好，监测好旗舰物种和指示性物种，通过对它们的动态掌握，去分析整个生态过程是否完整，从而去看整个系统是否健康。今后，要按照每个国家公园保护的不同管理对象特征，制定完整的监测技术方案，然后按照总体方案分批进行建设。建立国家公园体制，可以把我们最需要保护的地方全部保护下来，实行严格保护，给子孙后代留下珍贵的自然资源资产。因此，国家公园的管理离不开高新技术的支撑，我们要提倡高质量的保护，把生态保护、绿色发展和民生改善相统一，实现人与自然和谐共处。

“天临地空”一体化的全局监测体系，将助力森林树种结构与分布勘察，辅助森林生态系统服务评估，通过地物反射光谱的分析，实现对地物成分的识别和分类，服务土地规划和农业环境监测，实现对自然保护地利用情况的高效监测，提高生态系统服务功能；满足对自然保护区等长期实时监测的需求、动物迁徙路线检测等动态连续跟踪的需求、偏远地区远程持续能力覆盖的需求。

“高通量卫星通信技术有效解决了地面通信未覆盖的偏远山区、高海拔地区、无人区等地区对实时传输大流量数据的需求。”王剑生动讲述了卫星通信技术应用于国家公园监测的诸多细节、广泛应用场景等。

其实，高通量卫星通信技术、监测方舱车等，这些听上去“高大上”的科技装备正广泛应用于国家公园建设管理。作为新兴技术，天空地一体化监测正全面融入国家公园保护、建设和管理等各环节，在当前资源管护、生物多样性本底调查、森林草原防火、病虫害监测、旗舰物种保护等场景中得到愈加广泛的实际应用。

杨立军介绍了北航的技术优势和相关监测飞行产品，从相关监测需求出发，全面分享了天空地监测技术发展现状。他重点介绍的临近空间飞艇等新产品概念，为满足国家公园监测提供了一种全新的技术思路。

陈正超从国家公园监测体系建设背景与现状出发，重点介绍了能发挥独到监测优势的浮空器（系留气球）的工作原理、技术优势、典型应用案例以及基于AI遙感的国家公园业务应用。“浮空器具有众多优势，无排放、无噪音，载重能力强，可长期驻空，能长时间实现大范围定点凝视观测，满足国家公园全局尺度+全域尺度+景观尺度的多维度观测。”他说。作为独特监测场景的先进技术设备，浮空器尤其适用于国家公园动物保护、林草植被畜牧监测、灾害监测、搜救预警、应急通信等多元化场景。

“发挥广电网络优势，助力国家公园建设。”万涛介绍，目前，中国广电700M无线传输先进技术已经在东北虎豹国家公园试验成功，监测覆盖达到一万多平方公里，全园看得见虎豹、管得好国家公园的目标基本实现。

天空地监测新技术是本届国家公园论坛代表们共同关注、重点探讨的一个热门话题。在采访中，记者了解到，下一步，各国家公园将根据自身实际，探索运用卫星遥感通信、飞艇、无人机和地面无线传输等先进技术和先进装备，把监测体系应用贯穿国家公园管理全过程。国家林草局还将通过揭榜挂帅方式优选高水平科研团队，运用先进监测技术开展东北虎豹、大熊猫、藏羚羊等旗舰物种种群监测和生境评估试点。逐步构建高效的国家公园天空地一体化监测体系，全面实时掌握国家公园内自然资源、生态状况、旗舰物种、人类活动等动态变化情况，科学分析国家公园发展规律，展示国家公园建设成效，为国家公园精准治理、科学决策、高效服务和智慧管理奠定基础，为实现国家公园治理体系和治理能力现代化提供服务保障，为保持重要自然生态系统的原真性和完整性，维护生物多样性和生态安全提供基础支撑。